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Guarnizioni per idrogeno per la transizione energetica

Pubblicato da Angst+Pfister il 10 marzo. 2023

Sebbene la domanda di energia sia in aumento, le emissioni diCO2 devono essere ridotte. L'idrogeno, neutrale dal punto di vista climatico, potrebbe contribuire a sostituire i combustibili fossili e l'industria sta investendo molto in questa tecnologia. La riconversione delle infrastrutture esistenti dei gasdotti per l'idrogeno richiede guarnizioni in grado di trattenere le molecole più piccole. MCM S.p.A. sta lavorando per fornire dati concreti su tali guarnizioni.

 

Le politiche ambientali e di protezione del clima spingono per una sempre maggiore decarbonizzazione. L'idrogeno è una fonte di energia molto promettente per il futuro. Il suo potere calorifico è superiore a quello del petrolio o del gas naturale e la sua combustione ha un impatto neutro sul clima, cioè non rilasciaCO2. L'idrogeno è detto “verde” quando è prodotto da fonti rinnovabili. I costi stanno scendendo, ma sono ancora relativamente alti - per il momento... Oggi l'idrogeno viene generalmente miscelato con metano o gas naturale per ridurre l'impronta diCO2.

L'inarrestabile avanzata dell'idrogeno

“Gli investimenti nella tecnologia dell'idrogeno sono massicci in questo momento”, osserva Raffaella Villa, Business Development Engineer di MCM S.p.A in Italia. L'azienda fa parte del Gruppo Angst+Pfister ed è specializzata in guarnizioni in gomma per l'industria automobilistica, aerospaziale e petrolifera. Le richieste di guarnizioni a idrogeno presso MCM sono aumentate notevolmente dal 2020. “Ci aspettiamo un aumento ancora maggiore nel prossimo futuro”. Ciò è dovuto in parte al fatto che l'idrogeno può essere trasportato lungo la rete di condotte globale esistente. Non sono necessarie nuove infrastrutture. È solo una questione di riutilizzo.

 

“Stiamo già lavorando sulle applicazioni dell'idrogeno e, in questo ambito, una collaborazione molto interessante e significativa è quella con Starline SpA: si tratta di valvole utilizzate per la produzione di idrogeno verde, in cui è richiesto il servizio in idrogeno al 97% vol”. Starline SpA, produttrice di valvole a sfera in acciaio forgiato, è un produttore di valvole per oleodotti. Queste valvole richiedono ora guarnizioni adatte all'idrogeno. Le valvole saranno fornite a società come Iberdrola, un gigante spagnolo dell'energia tra i produttori e distributori europei di elettricità. Iberdrola sta investendo miliardi nella produzione di idrogeno verde.

Qual è il materiale ottimale per le guarnizioni?

 

“Il gas è un materiale difficile per le guarnizioni in elastomero, soprattutto per l'idrogeno”, afferma Raffaella Villa. I requisiti da soddisfare sono completamente diversi rispetto a quelli dei liquidi; inoltre, l'idrogeno è la molecola più piccola in assoluto. Questo gas può diffondersi lentamente attraverso la struttura molecolare dei polimeri. Ecco perché l'attenzione si concentra sulla permeabilità dei composti elastomerici. La fuga di idrogeno è un serio problema di sicurezza. L'alta pressione nelle condutture rende gli elastomeri duri la scelta più probabile. Tuttavia, non tutti i composti si comportano allo stesso modo con l'idrogeno.

 

“Stiamo lavorando per identificare i materiali migliori, ma non vogliamo basarci solo sulla teoria e sulla letteratura”, spiega Raffaella Villa. L'FKM e l'HNBR sono già stati indicati come potenziali soluzioni per l'idrogeno, ma MCM ha voluto anche indagare con precisione quale elastomero sia più adatto per quale funzione. “Vogliamo produrre un sistema di classificazione”. Per questo motivo MCM sta facendo testare la permeabilità dell'intero portafoglio da un laboratorio esterno.

Dati affidabili sulla permeabilità

Sebbene l'idrogeno di per sé non danneggi gli elastomeri dal punto di vista chimico, le condizioni ambientali possono rappresentare un problema. In generale, ciò significa che più alta è la pressione o la temperatura, più permeabili diventano le guarnizioni. A seconda dell'applicazione prevista, anche la resistenza chimica può essere un requisito. Tutti questi fattori limitano la scelta dell'elastomero e di solito si cerca un compromesso. MCM intende presentare ai propri clienti dati affidabili sulle applicazioni che coinvolgono l'idrogeno.

Il progetto in corso per Starline richiedeva guarnizioni eccezionalmente dure, in grado di resistere a pressioni fino a 35 bar, ma anche a temperature modeste, da meno 10 a 65 gradi Celsius. “Starline potrebbe utilizzare uno dei compound del nostro portafoglio per sviluppare le valvole per il suo progetto Iberdrola, ma ora stiamo verificando cosa il nostro portafoglio può ulteriormente fornire. Il portafoglio è già enorme, ma saremmo comunque disposti a sviluppare nuove mescole di elastomeri per le guarnizioni a idrogeno”, spiega Raffaella Villa. In fin dei conti, sarebbero interessanti anche per altri settori, come quello automobilistico”.



Esperienza e competenza per nuove applicazioni

Dati affidabili e scelta del materiale sono una cosa, ma MCM contribuisce anche con la sua esperienza nello stampaggio a compressione e a iniezione dei pezzi. “Gli stampi per questi materiali non sono una questione banale”, aggiunge Oliviero Mismetti, Project Manager di MCM. L'esperienza di MCM è fondamentale per le tolleranze richieste nella produzione. Le conoscenze di MCM sono richieste anche per le approvazioni AED (Anti-Explosive Decompression), ovvero per le guarnizioni resistenti alla decompressione. “È entusiasmante che, grazie alle nostre capacità, ci venga chiesto di produrre lavori pionieristici sulle nuove tecnologie che forzeranno la decarbonizzazione in Europa”, afferma Raffaella Villa, lieta di riferire ad altri settori come quello automobilistico.

In fretta e furia, i membri del team di Losanna hanno realizzato nuovi pezzi e li hanno portati all'evento successivo all'Autodrom Most nella Repubblica Ceca. Lì, il team ha potuto gareggiare per la prima volta in competizioni dinamiche e ha ottenuto l'accelerazione più veloce della sua storia. Questo è stato sufficiente per ottenere l'8° posto su 36. Inoltre, ha ottenuto un quinto posto nella categoria “Costi e produzione”. “Era proprio lì che volevamo arrivare”, afferma felice Etienne Hofstetter. Infine, l'evento più importante si è svolto a Hockenheim, in Germania. Il team dell'EPFL ha impressionato con un 13° posto (su 71 squadre) nella categoria Engineering Design. “Il mio momento più importante è stata l'ispezione impeccabile della batteria, con tanto di elogi da parte degli ispettori. Pochi la superano al primo tentativo”. I ringraziamenti vanno quindi anche ad Angst+Pfister. “Ci hanno permesso di presentare una batteria molto professionale”.

Viste le numerose innovazioni presenti nella vettura, il team è molto soddisfatto delle prestazioni individuali. Allo stesso tempo, è stata posta una buona base per le prossime stagioni per ottenere risultati ancora più ampi. Angst+Pfister tiene le dita incrociate. 

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